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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 방성일
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 단국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2017
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전자전의 전자지원(ES: electronic support) 시스템 분야에서는 신호 밀도가 매우 높은 환경 하에서 복잡하고 다양한 전자보호(EP: electronic protection) 기능을 갖는 적의 전자파 신호를 탐지 분석하고 신호원의 방향을 정밀하게 측정할 수 있는 전자지원 장비가 필수적이며, 이러한 시스템의 안테나 후단에 위치하는 front-end단의 수신기는 멀티옥타브(multi-octave) 대역폭을 갖는 수신기를 필요로 하며, 대부분의 전자전 시스템(EW system)에 필요한 수신기들은 매우 엄격한 성능 요구 사항들을 만족해야 한다.
특히, 레이더 미사일 등 각종 위협 무기체계의 사용 주파수 범위가 마이크로웨이브 대역에서 밀리미터파 대역으로 높아짐에 따라, 주파수가 매우 높은 신호를 수신하기 위한 초광대역 수신기(18-40 GHz)가 필요하며, 전자전 시스템에 적합한 밀리미터파 대역의 초광대역 수신기를 설계하기 위한 수많은 연구가 진행되고 있으나, 이러한 광대역 수신기를 설계 및 제작하기 위해서는 많은 제약조건이 따른다. 이에, 기존 방식의 단점들을 극복하고 밀리미터파 대역의 초광대역 수신기(18-40 GHz)의 요구 사항을 만족시키기 위해 설계 접근방법 및 내용을 제안하였으며, 낮은 잡음지수, 넓은 주파수 대역, 평탄한 이득 특성 그리고 낮은 불요신호의 특성을 갖도록 하였다.
더불어, 주파수 한계를 갖고 있는 패키지 타입의 부품 사용 대신에 Bare type MMIC 부품을 사용함으로서 높은 주파수에서 성능 확보는 물론 소형, 경량화 그리고 신뢰성을 확보할 수 있는 안정적인 초광대역 수신기를 설계 및 제작하였다. 또한, 수신기에 사용되는 많은 부품들 간의 부정합 특성을 보상하기 위해서 광대역 주파수 특성에 적합한 증폭기, 믹서, 체배기 그리고 필터 등을 설계하여 적용하였으며, 복잡한 국부발진 회로에서 발생되는 체배단의 주파수 및 불요신호가 RF 경로에 영향을 주지 않도록 밀폐구조로 설계하였다.
본 논문에서 제안한 초광대역 수신기를 검증하기 위하여 능동부품에 필요한 바이어스 회로, 광대역 저잡음증폭기, 대역통과필터, 콤제너레이터 그리고 선형등화기 등의 부품 단위 성능을 검증하였으며, 주요 RF선로는 유전체 기판으로 비유전율(εr)이 2.2이며, 유전체 두께가 0.127 mm인 Rogers사의 RT /Duroid 5880을, 일부 구성품(선형등화기, HPF 등)은 비유전율(εr)이 9.8이며, 유전체 두께가 0.254 mm인 ATC사의 AI203(ceramic)을 사용하였다.
초광대역 수신기는 이득은 Band A(입력주파수: 18-26 GHz)에서 최소 22.2 dB에서 최대 28.55 dB로서 이득평탄도는 약 6.3dB를 보였으며, Band B(입력주파수 : 26-40 GHz)에서 최소 21.9dB에서 최대 26.0 dB로서 이득평탄도는 약 4.1 dB 특성을 얻었으며, 잡음지수는 Band A(입력주파수: 18-26 GHz)에서 최대 8.22 dB, Band B(입력주파수: 26-40 GHz)에서 최대 10.40 dB 특성을 보였다. 국부발진 누설 전력은 33 GHz에서 -97 dBm이며, 44 GHz에서 -90 dBm 이하의 억압 특성을 보였다. 포트간 진폭정합은 전체 대역 내에서 최대 0.96 dB로 이내로 측정되었다. 선형성의 지표인 OIP3는 Band A(LO: 33 GHz)에서 +19.5 dBm, Band B(LO: 44 GHz)에서 +18 dBm의 억압특성을 얻었다.
특히, 레이더 미사일 등 각종 위협 무기체계의 사용 주파수 범위가 마이크로웨이브 대역에서 밀리미터파 대역으로 높아짐에 따라, 주파수가 매우 높은 신호를 수신하기 위한 초광대역 수신기(18-40 GHz)가 필요하며, 전자전 시스템에 적합한 밀리미터파 대역의 초광대역 수신기를 설계하기 위한 수많은 연구가 진행되고 있으나, 이러한 광대역 수신기를 설계 및 제작하기 위해서는 많은 제약조건이 따른다. 이에, 기존 방식의 단점들을 극복하고 밀리미터파 대역의 초광대역 수신기(18-40 GHz)의 요구 사항을 만족시키기 위해 설계 접근방법 및 내용을 제안하였으며, 낮은 잡음지수, 넓은 주파수 대역, 평탄한 이득 특성 그리고 낮은 불요신호의 특성을 갖도록 하였다.
더불어, 주파수 한계를 갖고 있는 패키지 타입의 부품 사용 대신에 Bare type MMIC 부품을 사용함으로서 높은 주파수에서 성능 확보는 물론 소형, 경량화 그리고 신뢰성을 확보할 수 있는 안정적인 초광대역 수신기를 설계 및 제작하였다. 또한, 수신기에 사용되는 많은 부품들 간의 부정합 특성을 보상하기 위해서 광대역 주파수 특성에 적합한 증폭기, 믹서, 체배기 그리고 필터 등을 설계하여 적용하였으며, 복잡한 국부발진 회로에서 발생되는 체배단의 주파수 및 불요신호가 RF 경로에 영향을 주지 않도록 밀폐구조로 설계하였다.
본 논문에서 제안한 초광대역 수신기를 검증하기 위하여 능동부품에 필요한 바이어스 회로, 광대역 저잡음증폭기, 대역통과필터, 콤제너레이터 그리고 선형등화기 등의 부품 단위 성능을 검증하였으며, 주요 RF선로는 유전체 기판으로 비유전율(εr)이 2.2이며, 유전체 두께가 0.127 mm인 Rogers사의 RT /Duroid 5880을, 일부 구성품(선형등화기, HPF 등)은 비유전율(εr)이 9.8이며, 유전체 두께가 0.254 mm인 ATC사의 AI203(ceramic)을 사용하였다.
초광대역 수신기는 이득은 Band A(입력주파수: 18-26 GHz)에서 최소 22.2 dB에서 최대 28.55 dB로서 이득평탄도는 약 6.3dB를 보였으며, Band B(입력주파수 : 26-40 GHz)에서 최소 21.9dB에서 최대 26.0 dB로서 이득평탄도는 약 4.1 dB 특성을 얻었으며, 잡음지수는 Band A(입력주파수: 18-26 GHz)에서 최대 8.22 dB, Band B(입력주파수: 26-40 GHz)에서 최대 10.40 dB 특성을 보였다. 국부발진 누설 전력은 33 GHz에서 -97 dBm이며, 44 GHz에서 -90 dBm 이하의 억압 특성을 보였다. 포트간 진폭정합은 전체 대역 내에서 최대 0.96 dB로 이내로 측정되었다. 선형성의 지표인 OIP3는 Band A(LO: 33 GHz)에서 +19.5 dBm, Band B(LO: 44 GHz)에서 +18 dBm의 억압특성을 얻었다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 초광대역 수신기 시스템의 구성 42.1 초광대역 수신기의 기본원리 및 주요 특성 42.1.1 감도 62.1.2 신호 대 잡음비 72.1.3 최대 검출 범위 72.1.4 잡음지수 82.2 초광대역 수신기의 종류별 특성 82.2.1 크리스탈 비디오 수신기 92.2.2 슈퍼헤테로다인 수신기 92.2.3 채널화된 수신기 102.2.4 변환 수신기 112.3 국부발진 회로의 역할 및 특성 132.3.1 N 체배 방식 132.3.2 콤 제너레이터 방식 142.3.3 PLVCO 방식 162.3.4 PLDRO 방식 18Ⅲ. 초광대역 수신기의 설계 및 모의실험 223.1 RF부 전체 및 구성품별 설계 253.1.1 설계 규격 및 구성도 253.1.2 RF 경로 설계 283.1.3 설계를 위한 제반 기술 323.1.3.1 초고주파용 PCB 선정 323.1.3.2 구현방법 및 고려사항 333.1.3.3 기구 구조 설계 343.1.4 초단 저잡음증폭기 설계 353.1.5 불요신호 분석 393.1.6 수직구조 Feedthru 설계 413.1.7 PCB 간격에 따른 와이어 본딩 설계 443.1.8 이미지 억압 필터 설계 473.1.9 부품 단위 회로 설계 483.1.9.1 선형 등화기 483.1.9.2 온도보상 회로 503.2 국부발진부 전체 및 구성품별 설계 513.2.1 LO 구성도 523.2.2 기구 구조 설계 533.2.3 콤 제너레이터 회로 설계 533.2.4 LO 누설신호(Leakage) 분석 553.2.5 고역통과필터(HPF) 573.2.6 광대역 전력분배기 59Ⅳ. 초광대역 수신기 시스템의 제작 및 측정결과 624.1 18-40 GHz 광대역 수신기 모듈의 제작 624.1.1 조립 및 제작에 필요한 제반 사항 654.1.2 RF 모듈(입력모듈/출력모듈) 674.1.3 LO 모듈(1 GHz REF 모듈/LO 모듈/BIT 모듈) 714.2 18-40 GHz 초광대역 수신기 모듈의 측정결과 774.2.1 측정 환경의 구성 774.2.2 부품 단위 측정 결과 794.2.2.1 콤 제너레이터 측정 결과 794.2.2.2 온도보상 회로 측정 결과 814.2.2.3 수직구조 Feedthru 측정 결과 834.2.2.4 선형 등화기 측정 결과 854.2.2.5 고역통과필터 측정 결과 864.2.3 초광대역 수신기 전체 모듈의 측정결과 874.2.3.1 이득 및 이득평탄도 측정 결과 874.2.3.2 잡음지수 측정 결과 884.2.3.3 이미지 억압특성 측정 결과 904.2.3.4 국부발진 누설 신호 측정 결과 914.2.3.5 RF 입력 포트 간 진폭정합 측정 결과 934.2.3.6 3차 상호변조 측정 결과 944.2.3.7 2차 하모닉 측정 결과 954.2.4 측정결과 고찰 97Ⅴ. 결론 99참고문헌 101약 어 105영문요약 107
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